[发明专利]一种无线网络上行链路吞吐量提升方法及系统

说明书

本发明公开了一种无线网络上行链路吞吐量提升方法及系统，通过引入极少量的计算开销，实现了对用户上行链路的信道质量的实时评估；通过复用CSI减少了信道响应的时间，大大降低了AP端和用户侧之间信道响应带来的通信开销，通过延长每次信道探测后的数据传输时间，降低信道探测开销，并判断上行链路的信道是否发生变化，同时更新每个用户对应的上行链路的信道相干时间，最大限度地减少信道探测开销，最后将健康链路用户分入MU‑MIMO用户组，弱链路用户分入OFDMA用户组，避免了MU‑MIMO用户组里某个用户的上行链路信道因为物体遮挡、衍射或多径效应等原因退化为弱链路时对同一个MU‑MIMO用户组内其他用户的上行链路造成影响，提升整体网络的上行链路吞吐量和通信质量。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种无线网络上行链路吞吐量提升方法及系统。

背景技术

相较于上传速率，无线网络用户对下载速率更敏感，因此早期的Wi-Fi技术主要关注如何优化下行链路(Down Link，DL)。802.11ac(Wi-Fi 5)协议引入多用户多输入多输出(Multi-user Multiple Input Multiple Output，MU-MIMO)技术，MU-MIMO网络支持单个接入点(Access Point，AP)使用一个下行链路同时和多个用户通信，从而提高了数据传输速度。然而，伴随技术的发展，新的场景如物联网(Internet Of Thing，IoT)，虚拟现实(Virtual Reality，VR)，增强现实(Augmented reality，AR)都对上行链路(Up Link，UL)的吞吐量提出很高的要求，而802.11ac协议下MU-MIMO仅在下行链路(从AP到用户)的数据传输中起作用。为了解决这一问题，最新的802.11ax(Wi-Fi 6)协议引入了两个多用户技术：上行链路多用户多输入多输出(Up Link Multi-user Multiple Input Multiple Output，UL MU-MIMO)和正交频分多址(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access，OFDMA)。802.11ax通过允许多个用户在上行链路同步地向AP端发送数据，极大地提升了在单AP多用户场景下无线网络上行链路的吞吐量。

在802.11ax网络中，AP端首先通过请求发送/允许发送协议(Request To Send/Clear To Send，RTS/CTS)获得每个用户需要的服务时间，随后按照服务时间将用户分组，同一组用户同时向AP传输数据，组内用户服务时间尽可能相同以减少频谱的浪费。MU-MIMO的分组方式：AP端从每根天线上发出探测帧，用户收到此帧后向AP端响应信道状态信息(Channel State Information，CSI)，用以表示用户从每根天线接收到的信号质量。基于RSSI的信号强度和CSI的信道估计，AP端得以估计每个用户相对AP端的位置，之后AP端将用户按照空间分布分组，每组用户的数量通常和AP端天线数量相同，然后AP端选择一组用户进行通信，通过波束成形(Beamforming)在每根天线上发送或接收不同的空间流来实现和组内所有用户同时通信，组内用户的数量受AP端天线数量的限制；OFDMA的分组方式则是将频域分割为多个子载波，然后将子载波分集，为每个用户分配若干子载波，多个用户构成一个OFDMA用户组共享整个频域，从而得以同时和多个用户进行通信，组内用户的数量受带宽资源的限制。MU-MIMO和OFDMA都是为了实现同时服务多用户，两者是互补的技术。如图1所示，由于MU-MIMO中每个用户使用完整的频域进行数据传输，所以在环境的信道质量较高时，MU-MIMO的数据吞吐量要大于OFDMA的吞吐量，而OFDMA则在信道质量较低时拥有比MU-MIMO更高的数据吞吐量。由于协议并未做严格的限制，商用产品中支持802.11ax的AP会根据当前场景来自行决定使用MU-MIMO还是OFDMA与用户进行通信。

802.11ax协议提出上行链路的MU-MIMO和OFDMA，极大地提高了上行链路的吞吐量，然而我们通过大量的研究和实验观测，发现目前802.11ax中的上行链路设计仍然不够高效，主要存在以下两个问题：